引言
本文将介绍磁共振扫描技术及患者检查方法中五项相对较新的重要创新技术，包括同时多层扫描（SMS）、压缩感知、GRASP（及其变体）、呼吸传感（采用嵌入检查床的传感器）以及基于 Pilot Tone（替代ECG）的心脏收缩监测技术。相较于传统检查，这些技术均能显著缩短单次检查时间，从而有效提升患者流通效率。
同时多层扫描（SMS）
同时多层扫描技术可同时激发多个层面，随后分别进行图像重建。这是过去十年间扫描采集领域的重大突破。仅采用临床最常用的加速因子2时，适用序列的扫描时间即可缩短近半。其物理原理较为复杂，但临床应用无需深究细节。简言之，该技术通过在回波链中施加blipped CAIPIRINHA（例如激发两个非相邻层面）来最小化g因子相关的信噪比损失。图像重建首先采用基于层间GRAPPA的去混叠技术，再施以基于平面内GRAPPA的去混叠处理，否则单幅重建图像将呈现两个层面的叠加效果。
SMS与并行成像存在本质差异：两者虽均用于缩短扫描时间，但并行成像会显著降低信噪比（SMS则不会）。并行成像通过减少k空间线采集来加速，其信噪比损失与线圈几何因子（g）及加速因子的平方根成正比。g因子作为解卷算法估计过程产生的噪声放大因子，在图像空间内呈不均匀分布。由于SMS采用blipped CAIPIRINHA技术，可最小化g因子损失。加之未减少k空间线采集，故无相关信噪比惩罚。临床应用SMS时，务必选用通道密度最高的接收线圈。例如在20通道与64通道头线圈之间，应优先选择后者。更高密度的线圈配合SMS技术通常能提供更优的信噪比。
SMS技术简介，本视频来自西门子官方网站，仅作学习使用。
SMS可应用于平面回波（EPI）和快速自旋回波（TSE）序列（图1）。该技术最初用于扩散加权成像（DWI），后扩展至TSE领域。SMS单次激发EPI DWI的重要应用包括：因所需层数较多而缩短肝脏扫描时间；同样原理也适用于需薄层扫描的前列腺检查（尽管效果不如肝脏显著）。在另一DWI应用中，3T场强下常将SMS与分段读出EPI（rs-EPI，RESOLVE）联用。RESOLVE可减少3T下的几何畸变和模糊伪影（单次激发EPI的固有缺陷），并大幅降低含气窦腔等所致的磁敏感伪影。但RESOLVE的扫描时间显著长于单次激发EPI，因此目前常规联合SMS以缩短其扫描时间——通过降低TR值并应用SMS实现。rs-EPI另一应用是声学噪声优化DWI（通过增加回波间隔降低梯度噪声提升患者耐受性），但会加剧图像畸变和磁敏感伪影，此时可借助分段读出EPI予以抵消。
图1：多发性小脑亚急性早期梗死灶，在DWI和TSE T2加权扫描上均呈高信号。左侧为常规扫描图像，右侧为SMS技术扫描图像。本组扫描在3T场强下完成，分别采用2倍（DWI）和3倍（TSE）SMS加速因子。
SMS在DWI成功应用后，进一步扩展至TSE技术。SMS TSE适用于所有组织对比（质子密度加权、T1加权及T2加权），主要用于需多次分组扫描才能获取足够层数的检查。加速因子2的SMS可在相同TR内采集双倍层数，从而将分组次数减半并缩短扫描时间，现已应用于脑部、颈部软组织及肌肉骨骼成像。
SMS最初在3T实现，后扩展至1.5T系统（图2）。两种场强下均表现优异，尤其在缩短扫描时间方面效果相当。对于新一代0.55T低场强设备，SMS可能通过维持扫描时间提升信噪比（而非主要用作加速），以弥补0.55T固有信噪比的不足。
图2：膝关节（上排）与踝关节（下排）的质子密度加权脂肪抑制TSE扫描图像（1.5T场强）。左侧为常规扫描，右侧为SMS扫描。两组均采用2倍加速因子，扫描时间分别缩短45%和32%。临床实践中，SMS扫描常需微调其他参数以实现最佳图像质量与层面覆盖度的平衡，因此实际时间缩减可能低于理论值（如本案例踝关节扫描未达到50%的预期缩减）。
压缩感知（CS）
压缩感知技术临床应用已数年，能显著缩短特定检查的扫描时间。早期图像重建耗时较长，但随着流程优化和硬件升级，现已成为常规临床序列。下一节将讨论VIBE的压缩感知变体（GRASP-VIBE、XD-GRASP、CS-VIBE和XD-VIBE）。这些序列特别适用于肝脏成像，可从自由呼吸动态增强扫描中计算肝脏灌注参数，避免额外对比剂注射和检查时间延长。其中XD-GRASP能实现自由呼吸运动解析重建，获得对比剂注射后的诊断级多期相图像。
压缩感知(CS)技术简介，本视频来自西门子官方网站，仅作学习使用。
压缩感知磁共振胰胆管成像（MRCP）可大幅缩短扫描时间。1.5T下传统序列扫描时间可缩短至原1/3；3T下诊断级单次屏气MRCP已成为可靠选择（图3）。鉴于传统MRCP扫描时间长且易受运动伪影影响，推荐采用CS MRCP以提升诊断质量并缩短检查时间。
图3：磁共振胰胆管成像（3D采集）对比：常规7分钟扫描（左）与16秒屏气压缩感知（CS）扫描（右），显示侵犯门脉肝门的胆管癌。常规扫描因呼吸伪影显著劣化，CS扫描则清晰呈现肝内胆管扩张（箭头标示）。
心脏成像中，压缩感知变体适用于心肌灌注和CINE成像。左心室单次屏气3D CS CINE可替代需多次屏气的传统2D CINE。CS加速技术还可用于首过心脏灌注检查，在量化心肌血流的同时提升解剖覆盖范围和空间分辨率。肌肉骨骼领域，CS版SEMAC使高质量金属伪影削减成为临床现实。传统SEMAC因扫描时间长受限，CS技术显著加速采集且保证优异图像质量，现常规扫描时间为2-6分钟。
压缩感知甚至应用于脑部检查。针对耗时较长的特殊序列（如用于多发性硬化症皮质病灶检测的双反转恢复序列），CS可缩短一半扫描时间（约3分钟）。时间飞跃法MRA应用CS后，在提供同等诊断信息的同时将扫描时间减半。
GRASP（黄金角径向稀疏并行成像）
StarVIBE结合了平面内径向采集与脂肪抑制扰相梯度回波序列。将其扩展至3D（z轴采用笛卡尔采样）即形成’星堆’k空间轨迹：平面内径向采集，层间笛卡尔采集。该序列可耐受适度欠采样且具有运动鲁棒性，约十年前首次用于肝脏成像，现适用于眼眶、头颈、胸腹、肠道及儿科等多个部位。采用黄金角径向采样时，可实现回顾性门控，序列自身可提供呼吸信号（自门控）。例如注射Eovist/Primovist后，自门控各向同性径向扫描可清晰显示对比剂的肝胆排泄过程，图像质量优于传统StarVIBE。
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黄金角径向采样中，当总spokes数构成斐波那契数列时，连续采集的spokes可近乎均匀覆盖k空间。时间分辨率亦可调节。这种非重复性、时间非相干的数据采集方式满足压缩感知条件，使StarVIBE与压缩感知重建结合演变为GRASP-VIBE（图4），实现自由呼吸对比增强多期相肝脏MR检查，并能根据临床需求灵活调整时空分辨率。集成自门控功能可有效降低呼吸运动影响。
图4：肝脏成像中屏气VIBE与自由呼吸GRASP技术对比：高分辨率屏气VIBE（4A）与稍低分辨率自由呼吸GRASP（4B）、近似分辨率屏气VIBE（4C）及非屏气VIBE（4D）的比较。箭头标示呼吸伪影对非屏气VIBE图像的显著影响。所有扫描时间均控制在常规屏气范围（10-20秒）。GRASP与同分辨率屏气VIBE图像质量相当，而高分辨率屏气VIBE（得益于分辨率优势与良好屏气）质量最佳（但老年患者多难以实现）。
GRASP-VIBE（简称GRASP）对无法配合呼吸指令或屏气困难患者的动态腹部MR极具价值。该自由呼吸技术还能获取肝脏灌注参数（包括总血浆流量、门静脉流量、动脉灌注分数、平均通过时间及肝细胞摄取率——后者需注射Eovist/Primovist），无需额外对比剂或扫描时间。凭借运动鲁棒性，GRASP-VIBE还广泛应用于女性盆腔、前列腺/直肠等部位。
通过加入呼吸运动状态解析重建，GRASP-VIBE进一步升级为XD-GRASP。该技术将数据分箱至多个运动状态分别重建（而非仅采用特定运动窗口数据），可进一步提升图像质量。自由呼吸采集的XD-GRASP动脉期重建图像，质量可能超越传统屏气笛卡尔采集。后者受限于时空分辨率与解剖覆盖范围的平衡，以及Eovist/Primovist可能引发的短暂呼吸困难。
压缩感知变体同样适用于笛卡尔k空间采样策略。CS-VIBE是呼吸门控GRASP的笛卡尔对应版本，XD-VIBE则是XD-GRASP的笛卡尔版本（图5）。两者均支持自由呼吸下的动态自门控数据采集，其中CS-VIBE采用主导运动状态数据重建，XD-VIBE则分箱处理多运动状态数据。临床证实两种方法均具实用价值。
图5：自由呼吸扫描可获得媲美屏气扫描的图像质量：静脉期屏气VIBE（5A）与自由呼吸XD-VIBE（5B）对比显示，两者均能检出结直肠癌肝转移灶，而XD-VIBE因更佳时相把握呈现更优效果。这种笛卡尔采集方式的运动状态重建技术，在自由呼吸条件下实现了优质成像、良好时间分辨率及精准病灶检测。
呼吸传感技术
当前，患者呼吸活动可通过内置在检查床内的线圈（具体而言是脊柱线圈插件的组成部分）实现自动监测。这项重大创新技术可显著节省检查时间。采用气囊式设备的呼吸门控技术虽在磁共振领域应用历史悠久（最早于1984年提出），但存在设备准备耗时较长、呼吸门控扫描效率低下等缺点。随后发明的导航回波技术至今仍在应用，但其缺陷包括需要操作人员设置、易发生定位偏差以及需占用扫描序列时间。
与传统技术相比，嵌入式呼吸传感器无需人工设置、全自动运行，并能提供稳定可重复的呼吸曲线信号。该信号由单一简易的收发环形线圈产生。为区别于成像信号，线圈在1.5T和3T系统中工作于30MHz频率（远低于拉莫尔频率）。呼吸运动引起线圈负载变化，进而产生可被检测的电流波动——向线圈输入微小电流后，输出电流波形即呈现呼吸周期特征（吸气期电流略高，呼气期略低）。
呼吸传感技术简介，本视频来自西门子官方网站，仅作学习使用。
由于呼吸传感线圈需靠近患者膈肌放置，实际配置有两个独立线圈（图6）。主线圈适用于头先进体位检查，副线圈则用于足先进体位检查及特殊体型（过高/过矮）患者和儿科病例。
图6：患者检查床/脊柱线圈表面以肺脏图标标示的两个收发线圈位置（顶部与底部）。根据头先进或足先进体位，患者膈肌将靠近相应线圈以实现呼吸监测。
心脏收缩监测（Pilot Tone技术）
未来，磁共振的心电监测/触发功能很可能被基于 Pilot Tone（通信术语中的参考射频信号）的心脏运动直接监测技术取代。这种传感器设计能自动捕捉心脏周期活动，其原理虽不同于现有呼吸传感器，但同样具备自动化特性。传统心电监测存在电极贴敷耗时、信号质量不稳定及伪影干扰等诸多缺陷——尤其在较高场强下，磁共振梯度与磁流体动力学效应会引发心电伪影，导致触发不良。当导电液体（血液）流经磁场时会产生电压（磁流体动力学效应），这不仅干扰心电门控，还可能掩盖扫描过程中心肌缺血的真实心电表现，且3T场强下该效应较1.5T更为显著。
磁共振专用Pilot Tone系统通过前侧线圈内置的小型磁场发生器产生信号，心脏运动（具体为导电几何结构变化）会调制该信号，再经局部接收线圈采样。该信号与心电活动高度相关，可在自由呼吸状态下检测，并能用于获取高质量心脏图像。Pilot Tone工作频率略超出图像重建所用拉莫尔频率范围，其信号稳定性远胜传统心电。该系统还支持灵活设置触发时点（如心脏收缩峰值），且单设备即可同步获取心电与呼吸信号（两者均会影响Pilot Tone）。图7显示Pilot Tone与心电触发所获图像具有良好一致性。这种呼吸监测新方式是否进一步开发尚待观察。
图7：心脏电影扫描的舒张早期图像对比：Pilot Tone触发（7A）与心电触发（7B）图像。
临床应用中，具备Pilot Tone传感器的接收线圈已问世，新一代磁共振系统正在逐步集成该技术。相较于传统心电，Pilot Tone导航技术的潜在优势包括：直接测量心脏容积（而非监测心电活动）、支持心脏周期内任意时点触发（前文已述）、兼容所有扫描序列，且无需像导航回波那样施加额外射频脉冲。
总结
本文阐述的五项磁共振重要创新技术均能显著提升患者流通效率：同步多层扫描可使多种序列耗时减半；压缩感知技术通过数据稀疏性和先进算法大幅缩短扫描时间，其适用范围涵盖脑部、心脏、腹部及肌肉骨骼等检查；该技术还催生了GRASP及其变体等高级成像方案，这些序列在腹盆腔成像中表现尤为突出。两项硬件突破同样至关重要——自动呼吸传感与Pilot Tone心脏监测/门控技术，从临床角度大幅减少了准备时间，同时保障了优异图像质量，并为需要高精度生理参数输入的扫描技术提供了实施条件。